老舊城鎮居民小區地源熱泵適配性改造設計與降噪優化研究

摘要

國內建成超過二十年的老舊城鎮居民小區普遍存在采暖管網銹蝕老化、建筑圍護結構保溫性能差、小區內部公共地面空間緊張難以大面積開挖地埋管、熱泵機組運行噪聲干擾居民日常生活等多重改造難題，是城市清潔采暖改造工程中的重難點場景。本文以華北省會城市典型老舊小區為改造對象，結合小區建筑現狀、可利用公共空間、居民居住訴求，采用淺埋地埋管+樓棟分散式小型熱泵機組輕量化改造方案，同步優化機組減震結構、管路包裹降噪工藝，搭配建筑外墻門窗簡易保溫改造工程。通過改造前后采暖能耗、室內熱舒適度、小區環境噪聲三項指標長期監測對比，結果表明該輕量化改造方案無需大面積開挖主干道地面，機組降噪效果符合居民區國家噪聲排放標準，改造后建筑采暖能耗相比原有老舊市政管網采暖下降33%。該方案適配老舊小區漸進式分樓棟改造模式，為國內大范圍老舊小區熱泵清潔采暖改造提供可行的成套設計方案。

關鍵詞：老舊小區改造；地源熱泵；淺埋地埋管；輕量化施工；降噪優化；建筑圍護保溫

引言

我國大量上世紀90年代至21世紀初建成的城鎮居民老舊小區，市政集中供暖管網服役年限過長，管道銹蝕、保溫層脫落，管網輸送熱損耗高；建筑外墻無保溫層、門窗密封性差，室內熱量流失嚴重，冬季采暖能耗高且采暖溫度冷熱不均。對老舊小區進行全面管網翻新成本高昂，大面積開挖路面會破壞小區道路、綠化、地下原有水電管線，施工周期長，居民抵觸情緒強烈。

地源熱泵冷暖一體化方案可以擺脫老舊市政供暖管網束縛，但傳統深埋式集中地埋管需要大范圍開挖小區地面，在老舊小區難以落地。同時大型集中式熱泵機組放置在樓棟地面，運行振動與風機噪聲會嚴重影響低層住戶日常生活，降噪問題是老舊小區熱泵改造必須解決的民生問題。當前老舊小區熱泵改造缺少輕量化、低擾民、漸進式施工的成套方案，本文針對空間受限、降噪嚴苛兩大痛點開展改造設計研究。

1 老舊小區基礎現狀與改造約束條件

改造小區建成于2001年，共有8棟6層磚混居民樓，原有市政采暖管網銹蝕嚴重，管網熱損耗超過45%；外墻無保溫層，老式鋁合金門窗密封性差，散熱快；小區內部道路、地下管線排布密集，主干道不允許大面積開挖；小區空地僅有樓棟之間窄幅綠化帶，可利用空間狹小；低層住戶對設備噪聲敏感，白天夜間噪聲都有嚴格要求。

綜合改造約束：不能開挖主干道、只能利用綠化帶淺層空間布設管路、熱泵設備必須做深度降噪處理、可以分樓棟分批改造降低施工對居民的干擾。

2 輕量化地源熱泵改造+降噪成套方案

2.1 淺埋分散式地埋管輕量化布設

摒棄傳統深埋集中式地埋管，利用樓棟周邊綠化帶布設3~5m淺層水平地埋管，每棟樓配備獨立小型戶式風冷地源熱泵機組，實現單棟樓獨立冷暖供應。淺層埋管僅開挖綠化帶表層土體，不會破壞地下原有水電管線，施工完畢回填綠化，對小區整體環境破壞極小，可分樓棟漸進式施工，降低一次性施工擾民程度。

2.2 多級機組降噪減振系統設計

機組放置于樓棟北側閑置角落，設置三重降噪結構：機組底部加裝高強度橡膠減震基座，阻斷振動向建筑墻體傳導；機組外殼加裝吸音棉降噪外殼，降低風機空氣噪聲；熱泵進出水管路采用柔性波紋管連接，管路外壁包裹隔音保溫棉，消除管路流體振動噪聲；機組運行設置夜間低噪模式，夜間降低風機轉速，進一步減小噪聲值。

2.3 建筑圍護結構簡易保溫配套改造

同步對樓棟外墻噴涂薄層保溫涂料，更換樓棟公共區域老舊密封門窗，住戶室內門窗加裝密封條，以較低成本降低建筑熱量散失，提升熱泵系統整體換熱效率，減少機組長時間高負荷運轉帶來的能耗與噪聲。

3 改造后多指標監測結果

選取其中一棟樓棟完成試點改造，連續一個采暖季開展監測：采暖季室內溫度穩定在19~23℃，冷熱均勻，解決了原有管網遠端樓棟采暖不達標問題；建筑整體采暖能耗相比老舊市政管網采暖下降33%；對機組周邊住戶開展24小時噪聲監測，白天噪聲≤50dB，夜間噪聲≤40dB，符合《聲環境質量標準》居民區噪聲限值，無住戶投訴噪聲擾民問題；淺埋管方案施工周期短，分樓棟施工不會造成整個小區全面斷暖，居民接受度高。

4 結論與改造推廣策略

老舊小區地源熱泵改造不能照搬新建小區集中深埋式地埋管方案，淺埋水平地埋管+樓棟分散式小型熱泵是適配老舊小區空間約束的輕量化方案，搭配多級減振降噪結構能夠解決設備擾民的民生痛點，輔以簡易建筑保溫改造可以進一步提升系統節能效果，分樓棟漸進式施工能夠極大降低施工帶來的居民干擾。

在大范圍老舊小區改造落地時，可以結合老舊小區改造專項資金、清潔能源補貼降低改造費用；優先改造管網老化最嚴重、采暖效果最差的樓棟，以試點樓棟的良好采暖、降噪效果打消其他樓棟居民的顧慮；施工前期做好管線探測工作，規避地下原有管線，保障施工安全。該輕量化改造模式為我國海量老舊小區實現清潔冷暖一體化改造開辟了一條低成本、低干擾、高適配的可行路徑。

參考文獻

[1] GB3096-2008，聲環境質量標準[S].

[2] 住建部.城鎮老舊小區改造技術導則[S].2021.

[3] 陳明.淺層水平埋管式地源熱泵應用特性研究[J].建筑節能,2022,50(09):76-81.

地源熱泵、淺層地源熱泵監測系統全分類關鍵詞

一、基礎研究對象（地源熱泵體系）

熱泵系統類型

土壤源地埋管地源熱泵、閉式地埋管熱泵、地下水式水源熱泵、水平埋管換熱系統、豎直埋管換熱系統、冷暖聯供一體化熱泵、商用綜合體熱泵系統、住宅小區淺層地熱項目、超低能耗/零碳建筑配套熱泵、存量老舊地源熱泵改造項目、多能耦合復合熱泵（光伏+地源/空氣源+地源）

地層與熱源核心概念

淺層地層（0~200m）、變溫帶（0~24m）、深部恒溫增溫層（＞24m）、巖土熱物性、土壤導熱系數、地下含水層滲流、黏土隔水夾層、黃土裂隙地層、上海軟土富水地層、華北平原粉質黏土、土壤原始基準地溫場、土壤冷熱堆積、熱失衡、冷堆積、熱短路、地層溫度單向偏移、巖土熱承載力、年均地層溫升/溫降、地下水礦化度、地熱循環介質

系統老化失效誘因

土壤熱失衡誘發機組衰減、熱泵壓縮機老化磨損、板式換熱器結垢堵塞、循環水泵揚程衰減、管路鈣鎂硅垢淤堵、PE埋管滲漏、管路氣堵、砂堵、微生物結晶垢堵、冷熱負荷差值超標、無常態化地溫監測、全年連續滿負荷運行、取灌水量失衡、回灌通道淤堵、地層沉降道路開裂

二、京/滬/津/陜四省市淺層地熱監測地方標準關鍵詞

標準編號全稱

DB11/T 1956-2022《地熱動態監測規范》、DB11/T2412《地埋管地源熱泵監測系統建設技術規范》、DG/TJ08-2324上海《淺層地熱能開發利用監測技術標準》、DB12/T 608-2015天津《淺層地熱能地質環境監測技術規程》、DB61/T 1193-2018陜西《淺層地熱能開發利用地質環境監測規范》、NB/T10278-2019國家淺層地熱監測規范

四大標準統一強制共性條款

三類監測孔標準化布設（換熱監測孔、換熱影響監測孔、常溫背景監測孔）、厚度＞6m土層單獨分層布設測點、測溫傳感器精度±0.2℃、監測孔回填介質與換熱孔一致、井口配套檢修井室、24小時不間斷自動采集、本地+云端雙備份存儲、監測影像/時序數據作為竣工驗收法定檔案、Modbus-RTU標準通訊協議、年度地熱監測報告強制歸檔、監測孔距換熱區邊緣≥10m

各地差異化標準專屬關鍵詞

北京地標：變溫帶2m加密測點、深部地層10m等間距布設、冷熱平衡量化計算、地層溫度時序曲線、數據直連市級地熱監管平臺、大面積埋管群全域熱擾動評估、北方供暖季地層降溫動態預警、管道插入式流量/水溫雙監測

上海地標：24m梯度分層測點（＜24m≤2m、＞24m≤10m）、四代測溫元件迭代劃分、可插拔模塊化多點測溫探頭、±0.1℃高精度數字傳感強制要求、多層軟土滲流耦合監測、市級統一地熱大數據平臺聯網、渾濁地下水定向補光測溫設備、信用懲戒數字化監管

天津地標：冷暖建筑面積分級配置監測孔（3000㎡/10000㎡面積閾值）、DN40 PE/鍍鋅測溫保護管標準化、管內注水導熱工藝、中小型商用熱泵簡化監測配置、野外分體式便攜絞車、施工管材標準化圖集

陜西地標：黃土裂隙地層防滲封堵工藝、高低溫地層分層保護、淺層/中深層地熱聯合監測、黃土高原地層溫升長期觀測、監測孔多層防滲密封結構、區域采灌均衡管控、黃土塌陷隱患地層溫度預警、地質環境年度核查配套監測資料

上海地標四代測溫元件迭代劃分

第一代熱電偶（單點模擬、精度±0.5℃、易信號干擾）、第二代PT1000單點模擬探頭、第三代數字多點分布式測溫、第四代可插拔模塊化多點測溫元件（大型示范項目標配）

三、淺層地源熱泵監測系統整機（北京鴻鷗成運HO系列）

成套監測主機系統

淺層地溫遠程監測系統、地源熱泵一體化監測控制柜、多參數綜合采集平臺、野外低功耗NB-IoT無線RTU終端、屏幕式工業觸控采集主機、淺層地熱標準化監測成套設備、分布式光纖DTS測溫系統

細分硬件配件

PT1000高精度溫度傳感器、±0.1℃/±0.2℃分層測溫探頭、可插拔模塊化多點測溫元件、φ42細徑測溫探頭、316L/鈦合金防腐測溫保護管、DN40鍍鋅/PE監測測井管、防腐耐磨鎧裝測井線纜、±1cm高精度深度編碼器、自動排線電動排線絞車、井下耐磨扶正器、野外太陽能光伏供電套件、大容量鋰電池低功耗模塊、管道插入式流量計、內嵌式超聲水表（水資源稅計量）、分層多點測溫電纜、孔口密封保護組件、自動除霧加熱鏡頭模塊

配套專用分析軟件

HO系列淺層地熱監測分析軟件、地層溫度時序存儲系統、360°地層剖面自動生成工具、土壤熱平衡自動測算模塊、AI冷熱失衡智能預警系統、多期地層溫度疊加對比工具、標準化工程驗收報告導出工具、多參數聯動分析平臺、支持二次開發對接地方地熱監管大數據、離線單機數據分析軟件

四、監測系統全流程應用功能關鍵詞

地層溫度常態化監測

分層地層溫度連續采集、變溫帶溫度波動長期跟蹤、深部恒溫地層基準測溫、原始背景地層溫度對比、冷熱堆積厚度量化測算、年均地層溫升/溫降統計、巖土熱承載力評估、土壤熱平衡分級判定（輕度/中度/重度失衡）

土壤熱失衡智能預警調控

冷熱負荷差值量化分析、地層單向溫度偏移閾值自動報警、熱短路空洞識別、提前預判機組能效衰減、輔助間歇輪換運行調控、多能源耦合補熱/散熱方案數據支撐、年度地層溫度演化趨勢建檔

工程施工與竣工驗收配套

監測孔成井施工質量核驗、分層測溫點位深度校準、監測孔回填工藝核驗、新建地源熱泵竣工資料編制、存量老舊熱泵改造復測、節能建筑/超低能耗建筑評審、地熱取水許可年度核查、水資源稅計量數據歸檔

多參數耦合聯動監測

分層地溫采集、循環管路流量監測、熱泵機組用電能耗同步采集、埋管進出水溫一體化采集、地下水水位動態監測、取灌水量同步計量、回灌失衡滲漏通道輔助勘察、光伏-地源熱泵多能耦合全域監測、水質pH/電導率在線監測

環保、自然資源合規長效歸檔

淺層地熱資源年度普查、礦山地質環境年度核查、CCER碳減排自動核算、地下水污染風險管控、不可篡改時序數據長期存儲、政府地熱監管平臺實時聯網、閉坑/復墾地質環境評估資料、淺層地熱開發全生命周期數字檔案

五、監測系統技術性能參數關鍵詞

分層測點布設間距2m/10m、測溫精度±0.1℃/±0.2℃、IP68全密封防水、鈦合金耐酸堿高溫防腐結構、500~3000米長線纜數字無損傳輸、無畫面/數據衰減、360°云臺同步定向補光、5級亮度可調光源、0.05mm級細微裂隙清晰識別、分體式輕量化便攜、市電/鋰電/太陽能三供電模式、全天候自動定時采集、NB-IoT低功耗無線傳輸、深度定位精度±1cm、本地SD卡循環存儲、斷網數據緩存、單口1000m監測孔30分鐘完成全段掃描、Modbus-RTU標準化通訊協議、數據采集間隔10min/30min/24h分級設置

六、熱平衡修復、老舊熱泵提質改造配套關鍵詞

間歇輪換運行調控、分區分時換熱管控、錯峰負荷調節、太陽能輔助補熱/散熱、空氣源輔助散熱、跨季節巖土儲熱BTES、管路物理清洗（高壓脈沖/機械刮管/氣舉反循環）、化學酸洗緩蝕除垢、新增換熱鉆孔擴容、地層水力壓裂改造、循環水泵變頻節能改造、老舊壓縮機更換、防凍液整體更換、管路內襯防腐修復、存量熱泵加裝監測系統、PLC自控系統智能化升級、淺層地熱一體化監測改造

七、工程落地使用單位、行業價值關鍵詞

地熱開發運維企業、熱力公司、地質勘察設計院、自然資源局地熱監管科室、第三方環境檢測機構、高校巖土實驗室、零碳園區建設單位、鄉村供暖改造項目、淺層地熱資源普查單位

可視化定量監測、摒棄人工間斷測井、削減勘察鉆探工期成本、提前規避地下熱失衡地質隱患、延長地源熱泵穩定運行壽命、降低建筑冷暖能耗、國產化設備替代進口、同等性能采購成本降低40%、24小時全國駐場應急售后、年度免費傳感器校準防腐維護、成套一體化多參數監測解決方案、智慧地熱數字化管控、雙碳目標能耗量化支撐、符合京滬津陜地方地熱監測規范、滿足自然資源廳年度評審歸檔要求